摘 要: 随着经济的发展和城镇化进程的加快,高层建筑逐渐成为建设的主流,尤其是城市地区高层建筑的施工是早超深基坑工程数量增加.在我国的一些软土土层地区,尤其是西南西区软土地范围较广,这种软土地区的超深基坑施工存在较大的难度.本文探讨了软土地基超深基坑土方开挖的监测,为此类施工提供参考和借鉴.

关键词: 软土地基 超深基坑 土方开挖

建筑行业的发展和城镇化的需求都使得高层建筑数量逐渐增加,在软土土层分布较广的地区进行高层建筑施工中,难以避免软土地基超深基坑的土方开挖,软土地基为土方开挖增加了难度和风险,对土地位移的监测更加谨慎.基坑的开挖必须保证周围建筑物的安全,保证土力结构稳定,防止围护结构变形等问题的出现.因此在建筑施工的过程中,软土超深基坑土方开挖必须进行科学的、系统的监测管理,了解基坑围护的土力结构情况,掌握其变形问题,以保证施工的稳定、有序和安全.

1 软土地基超深基坑土方开挖的监测要点

( 1) 取样勘察.软土地基超深基坑的土体进行完整、科学的勘察,并形成详细的报告.在土方开挖之前对目标土地进行取样分析,分析其力学指标,为土方开挖的设计管理提供数据支撑.在土体取样中保证钻孔的密度合理,保证取样的平衡性和代表性,其物理报告参数要相近,合理和科学的反映出土层情况.

( 2) 参数选择.软土地基超深基坑的围护结构下的物理压力对施工的顺利进行有重要影响,因此对其力学参数分析非常重要.目前关于软土地基超深基坑土体力学参数的选择和计算多采取库伦公式.在实际的计算中应当根据施工的实际情况选择合适的计算公式,选择恰当的物理参数进行基坑围护结构的设计.

( 3) 动态平衡.在软土地基超深基坑的土方开挖监测中,多选择极限平衡理论进行维护结构的设计,然而在实际的施工中有些极限平衡理论的数值虽然较低然而却能保证施工的安全进行.因此,对土方开挖应当保证其动态的平衡,关注随着时间和施工进行,土体力学的变化和围护结构的变形.

( 4) 考虑空间效应.空间效应是软土地基超深基坑土方开挖的重要参数.软土地基超深基坑发生的空间位移是呈现出边缘大中央小的形式,这种形式极易导致基坑长边的居中部分发生失稳现象.软土地基超深基坑的开挖不仅是物理问题,也关系到了空间位移.对软土地基超深基坑应当考虑立体空间的变化,适时调整维护结构的构造.

2 软土地基超深基坑土方开挖的监测分析方法

软土地基超深基坑的土方开挖监测需要保证工程的安全、稳定和顺利进行,基坑维护的强度和力度要满足施工要求.基坑的空间位移和力学变化要在设计的掌控之中.目前基坑的开挖监测分析方法主要有极限平衡法、弹性抗力法和有限元法三种: ①极限平衡法.极限平衡法是基坑土方开挖的早期理论,其理论研究较早,计算简单便捷,应用非常普遍,然而极限平衡法对于土体结构稳定、环境单一的基坑设计应用效果良好,对于土体地基、超深基坑等特殊过程有一定的限制,其无法计算出基坑维护结构的力学变化情况,也无法对软土地基超深基坑的设计进行整体性分析; ②弹性抗力法.弹性抗力法也是基坑设计较为成熟的理论,其更能适应多变的施工环境,然而却无法对挡墙之后的位移进行计算,无法掌握应力路径对土体变形的作用; ③有限元分析法.有限元分析法是目前软土地基超深基坑土方开挖监测的重要方法,这种方法将土体与围护进行分别研究,不仅能够掌握土体与围护结构之间的力学变化作用,更能从施工的整体上分析围护结构的位移情况和受力变化,且能与土流变理论进行结合,进行动态计算.有限元分析法能够掌握施工中的结构内力、土体位移、土体沉降等多种信息,进行计算和分析之后对于软土地基超深基坑的土方开挖设计、决策有重要的参考价值.

3 有限元分析法在软土地基超深基坑土方开挖监测中的步骤

3. 1 软土地基超深基坑场地应力计算

对于软土地基超深基坑的监测应当首先进行现场条件的应力计算.对于施工现场的应力计算能够得出施工中需要的挖掘荷载力和对材料的剪切强度.软土地基施工之前在力学计算下是半空间的状态,进行施工之后,局部的水平面逐渐从平面变成了凹陷的界面,因此力学和形状变化,特别是在软土地基超深基坑挖掘更为明显.对现场应力的计算一般假设为零,在进行位移之后就是开挖基坑造成的位移场.在施工中可根据施工变形试验的结果进行模拟得出,也可以根据现场的实际测量得出应力数值.

3. 2 软土地基超深基坑土方开挖荷载

软土地基超深基坑土方开挖造成了应力状态的改变,土方开挖的荷载计算就是对于现场挖掘掉的部分进行界面和单位之间物理作用力的计算.在第一次土方开挖支护,围护结构状态变化,对开挖单位信息进行记录,视为等效节点力,使开挖的边界成为应力的自由面,将挖掘出的单元的弹性模量降低荷载列阵,进行开挖卸荷计算.将等待开挖单元的应力点的状态视为挖出的单位的等效节力点.反作用在之后开挖面的边界点进行应力和位移空间的计算.

3. 3 开挖单元的处理

在软土地基超深基坑土方开挖的有限元分析中,开挖面的应力如何解除是重要步骤.在每次的开挖都要根据之前的应力计算得出开挖界面的土体节点力,在开挖支护将节点力反作用于开挖的结点,与此同时要注意把挖掉部分的土体单位从结构中减掉,再继续计算.对于开挖掉的单元,如何减掉除去其方法有两种.第一种就是之前的土体单元网格进行保留处理,利用空间置换的方法,把挖掉的单位利用空气替代,这种空气替代的方法能够保持总矩阵的稳定不变; 第二种方法就是将挖掉的土体单位从土体单位网格减掉,然而第二种方法必须重新对土体网格进行排序、计算,重新计算出结构钢阵和荷载列阵,其处理较为繁琐.

3. 4 软土地基超深基坑有限元模拟开挖分析

在软土地基超深基坑开挖之中,当挖出了一部分的土体,再进行下一部分土体的开挖中,此时开挖面之下的土体的应力降低,虽然降低但是仍然存着着不可完全去除的应力.进行哟西安元模型开挖就是对土方开挖中的每一步工作进行细化分解,对每一步的应力进行模型计算.首先计算软土地基超深基坑开挖之前的现场应力和一次位移场,之后对基坑每一步开挖导致的应力场和位移场进行计算.初始的应力和开挖工作之后的应力场就是二次应力场,软土地基超深基坑开挖之后的土体结构变化是二次应力场与屈服准则的比较.原始的现成应力由于其土体本身结构稳定,因此在第一步的计算中得出的一次为职场应当设置为零,也就是二次位移场就是开挖基坑后导致的位移场.位移函数的计算采取多项式模式.通过此类计算得出软土地基超深基坑土方开挖中土体沉降变化和对周围环境的影响.土体沉降与距基坑中心呈现出反比,检测结果和计算结果都表示施工中沉降曲线平稳,对周围建筑物沉降值小,就能说明软土地基超深基坑土方开挖方案设计合理,能够保证在开挖中土体沉降在掌控范围,对周围建筑物的影响保持最低水平.

4 总结

在软土地基超深基坑的土方开挖监测中,随着力学理论的发展和施工技术的进步,基坑的监测方法也逐渐丰富.无论是何种监测方法都是为了实现软土地基超深基坑的稳定和牢固,为了建立足够安全和科学的维护系统.软土地基超深基坑的监测通常需要通过土体物理学分析,确定维护结构的力学荷载.因此,对软土地基超深基坑土方开挖监测是其施工的重要前提和方面,特别是在大型的高层建筑施工中,软土地基超深基坑的科学监测有着重要的价值和意义.

参考文献

[1]刘栋,张云富,刘晓敏,等. 天津宁汇大厦绿色施工技术[J]. 施工技术,2015( 10) : 52 -55.

[2]李新安,付效铎,李云杰. 软土地基超大型深基坑支护设计与施工[J]. 天津建设科技,2015( 01) : 12 -16.

[3]刘勋. 探讨软土深基坑围护工程的施工监测[J]. 科技与企业,2014( 15) : 240 -241.

[4]尹洪江,肖晨晖. 超深基坑土方开挖及基坑监测[J]. 天津建设科技,2013( 01) : 22 -25.